Signatures inorganiques et isotopiques combinées pour la discrimination de l'origine géographique de l'huile d'olive

Combined inorganic and isotopic signatures for the geographical discrimination of olive oil

• Auteur / Autrice : Emna Nasr
• Direction : Olivier Donard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie Analytique et environnement
• Date : Soutenance le 07/04/2022
• Etablissement(s) : Pau en cotutelle avec Université Tunis El Manar. Faculté des Sciences Mathématiques, Physiques et Naturelles de Tunis (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (IPREM UMR 5254) - Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les materiaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Guérin, Mohamed Hammami, Dominic Larivière, Gaëtane Lespes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Thierry Guérin, Nives Ogrinc, Mohamed Taïeb Ben Dhia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Authentification

Huile d'olive

Chimiométrie

Géochimie isotopique

Mots clés libres

Huile d'olive

Éléments traces

Rapport isotopique 87Sr/86Sr

Isotopes stables du carbone

Chimiométrie

Authentification géographique

Olive oil

Trace elements

87Sr/86Sr isotopic ratio

Stable isotopes of carbon

Chemometrics

Geographical authentication

Résumé

La mondialisation de l'industrie alimentaire a suscité l'intérêt des consommateurs pour l'origine géographique et la qualité des produits alimentaires. L'augmentation de la production et de la consommation mondiale de denrées alimentaires a toutefois entraîné la propagation de pratiques frauduleuses. Celles-ci menacent à la fois la santé des consommateurs et l'équilibre économique de l'industrie alimentaire, qui subit chaque année d'énormes pertes financières. L'huile d'olive est l'un des produits alimentaires les plus fraudés. En conséquence, un large éventail de stratégies analytiques a été proposé pour l'authentification géographique de l'huile d'olive. Les approches les plus fiables qui ont démontré des résultats prometteurs pour la traçabilité géographique des produits alimentaires étaient basées sur l'empreinte multi-élémentaire et isotopique. Néanmoins, éléments traces, initialement présents à des concentrations faibles à très faibles dans l'huile d'olive, sont dissous dans une matrice lipidique complexe et donc l'introduction des échantillons dans les instruments basés sur le plasma et les mesures précises des composants chimiques sont difficiles. Cette étude présente une approche analytique fiable basée sur une information géographique tridimensionnelle : (1) la composition minérale du sol à travers l'analyse des éléments traces; (2) le contexte géologique par l'analyse de la composition isotopique du Sr; et (3) le contexte pédo-climatique à travers la détermination des isotopes stables du carbone dans les huiles d'olive. Tout d'abord, les éléments traces ont été quantifiés dans des huiles d'olive de Tunisie, d'Espagne et de France avec une grande précision et exactitude par ICP-MS quadripolaire suivant une procédure analytique optimisée. Les concentrations élémentaires combinées à la chimiométrie ont permis de classer les huiles d'olive en fonction de leur provenance géographique. Par la suite, une méthode innovante a été développée et appliquée avec succès pour l'extraction quantitative du Sr à partir de l'huile d'olive et la mesure précise du rapport isotopique 87Sr/86Sr par MC-ICP-MS. La conservation des rapports isotopiques 87Sr/86Sr pendant le transfert du Sr du sol à la plante et pendant l'extraction de l'huile d'olive a été démontrée. Les résultats ont été corrélés avec les caractéristiques géologiques des roches mères et ont ainsi mis en évidence que la composition isotopique Sr de l'huile d'olive peut être utilisée comme un outil fiable pour identifier la provenance géographique de l'huile d'olive. Dans la dernière partie du manuscrit, les isotopes stables du carbone ont été déterminés dans les huiles d'olive par IRMS et ont permis de retracer les processus physiologiques de l'olivier en fonction des caractéristiques environnementales spécifiques. Chacune des trois approches mono-paramètre étudiées a fourni des informations géographiques fiables mais limitées. C'est pourquoi elles ont été combinées avec la chimiométrie afin d'établir un outil d'authentification géographique avancé capable de faire face aux pratiques frauduleuses les plus sophistiquées.

The globalization of the food industry has raised consumer interest in the geographical origin and the quality of food products. The global increase in food production and consumption, however, has led to fraudulent practices spreading. It threatens both the health of consumers and the economic balance of the food industry, which suffers huge financial loss every year. Olive oil is one of the most adulterated food products. As a result, a large array of analytical strategies was proposed for the geographical authentication of olive oil. The most reliable approaches that have demonstrated promising results for the geographical traceability of food products were based on the multi-elemental and isotopic fingerprinting. Nevertheless, trace elements, initially found at low to critically low concentrations in olive oil, are dissolved in a complex lipid matrix and thus the samples introduction in plasma-based instruments and the precise measurements of chemical components are challenging. This study presents a reliable analytical approach based on a three dimensional geographic information: (1) the mineral composition of the soil through the analysis of trace elements; (2) the geological background through the analysis of Sr isotopic composition; and (3) the pedo-climatic context through the determination of stable isotopes of carbon in olive oils. First, the trace elements were quantified in olive oils from Tunisia, Spain and France with high precision and accuracy by quadrupole ICP-MS following an optimized analytical procedure. The elemental concentrations combined with chemometrics allowed to classify olive oils according to their geographical provenance. Subsequently, an innovative method was developed and successfully applied for the quantitative extraction of Sr from olive oil matrix and accurate measurement of 87Sr/86Sr isotopic ratio by MC-ICP-MS. The conservation of 87Sr/86Sr isotopic ratios during the transfer of Sr from the soil to the plant and during olive oil extraction was demonstrated. The results were correlated with the geological characteristics of the bedrocks and thus highlighted that Sr isotopic composition of olive oil can be used as a reliable tool for fingerprinting olive oil geographic provenance. In last part of the manuscript, the stable isotopes of carbon were determined in olive oils by IRMS and allowed to trace the physiological processes of the olive tree to specific environmental characteristics. Each of the three studied single-parameter approaches provided reliable but limited geographic information. Therefore, they were combined together with chemometrics in order to establish an advanced geographical authentication tool able to overcome the most sophisticated fraudulent practices.